(57)【要約】【課題】摩耗を考慮した上での改善された擦り取り機能を示すスクレーパ層板を提供すること。【解決手段】スクレーパリングに関して軸方向に移動可能なロッドの外面を擦るためのスクレーパリング（１）が提供される。スクレーパリング（１）は、キャリアリング（２）の中断部（Ａ）によって分離される少なくとも２つのセグメントで構成されるキャリアリング（２）と、キャリアリング（２）の内周に配置される少なくとも２つのスクレーパ層板とを有する。キャリアリング（２）の中断部（Ａ）のそれぞれでは、隣接する２つのセグメントが、キャリアリング（２）の軸方向からの突出部において、重なり合う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのセグメントで構成されるスクレーパリングの内周に取り付けられるスクレーパ層板であって、
周方向において層板中断部によって形成される、対応する数のセグメントを有し、
前記層板中断部を区切る前記スクレーパ層板の端面は、
摩耗によって引き起こされる当該スクレーパ層板の擦り領域の変化を少なくとも部分的に補うために、当該スクレーパ層板の半径方向に関して傾斜するよう構成される、
スクレーパ層板。
【請求項２】
前記端面と、当該スクレーパ層板の内周にあり、且つ、前記セグメントの端部にある点に適用される接線との間には、９０°未満の範囲内にある面取り角（η）が提供され、特に、当該スクレーパ層板を形成する前記セグメントの数が２つの場合、前記面取り角（η）は０°である、
請求項１に記載のスクレーパ層板。
【請求項３】
前記面取り角は、同心摩耗の場合にもたらされる理論的な面取り角（ηkonz）から逸脱して、該理論的な面取り角（ηkonz）よりも著しく小さくなるように決定される、
請求項１又は２に記載のスクレーパ層板。
【請求項４】
補正後の面取り角（ηex）は、当該スクレーパ層板の内周における同心摩耗を前提として計算される理論的な面取り角（ηkonz）に補正係数（ｋ）を掛けることによって決定され、該補正係数（ｋ）は、当該スクレーパ層板の内周における同心摩耗を可能にし、且つ、当該スクレーパ層板に備えられる面取り角（η）は、前記補正後の面取り角（ηex）に等しい、
請求項１乃至３の何れか一項に記載のスクレーパ層板。
【請求項５】
当該スクレーパ層板に備えられる前記面取り角（η）は、前記補正後の面取り角（ηex）以上であり、且つ、前記理論的な面取り角（ηkonz）以下である、
請求項４に記載のスクレーパ層板。
【請求項６】
前記補正係数（ｋ）は、当該スクレーパ層板を形成するセグメントの、当該スクレーパ層板の周方向における距離を考慮して決定される、
請求項４又は５に記載のスクレーパ層板。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載のスクレーパ層板を少なくとも２つ含むスクレーパリングであって、
前記スクレーパ層板のそれぞれにおける前記層板中断部の数及び位置は、キャリアリングの中断部の数及び位置に適合される、
スクレーパリング。
【請求項８】
内燃機関、特に、ピストンロッドの形をとるロッドを用いてクロスヘッドに接続されるピストンが往復動されるように配置される少なくとも１つのシリンダを有する２ストロークの大型ディーゼルエンジンのグランドパッキンであって、該グランドパッキンは、エア受け入れ空間からクランクケースへ前記ロッドを通過させる役割を果たし、前記グランドパッキンは、請求項７に記載のスクレーパリングを少なくとも１つ有する、
グランドパッキン。
【請求項９】
前記キャリアリングの内周に提供される前記スクレーパ層板を前記ロッドの外面に対して付勢する付勢手段が、前記キャリアリングの外周に提供され、前記スクレーパ層板の段階的な摩耗の場合に、前記付勢手段によって、前記スクレーパ層板の内面と、前記ロッドの外面との接触が維持されるようにする、
請求項８に記載のグランドパッキン。
【請求項１０】
内燃機関、特に、２ストロークの大型ディーゼルエンジンであって、エア受け入れ空間からクランクケースへ前記ピストンロッドを通過させるために、請求項８又は９に記載のグランドパッキンが提供されるところのピストンロッドを有する、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクレーパ層板（scraper lamella）に対して軸方向に移動可能なロッドの外面を擦るスクレーパ層板に関し、また、そのようなスクレーパ層板を含むスクレーパリングを参照する。さらに、本発明は、内燃機関のためのグランドパッキンに関し、また、そのようなスクレーパリングを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクレーパリングに関して軸方向に移動可能なロッドの外面を擦るためのスクレーパリングが広く知られている。このタイプのスクレーパリングは、そのロッドの外周における、例えば潤滑油膜等の、各用途で提供される流体膜を擦る役割を果たす。特に、スクレーパリングは、２つの空間を互いに対して区切るために用いられる。相対運動によって、１つの空間における潤滑油が外側の空間に移動しないようにするためである。
【０００３】
それらの用途のためのスクレーパリングは、スクレーパリングと、関連するロッドとの間の相対運動による若干の摩耗にさらされる。スクレーパリングの機能を維持するために、一方では、最適化された材料の組み合わせが提案され、また、他方では、特定の幾何学的形状によって、そのスクレーパリングの機能を適合させる可能性がある。
【０００４】
ロッドの外周面に押しやられる複数のセグメントを有するスクレーパリングに関して軸方向に移動可能なロッドの外面を擦るためのスクレーパリングは既に知られている。
【０００５】
欧州特許出願公開第０３１８３４９号には、２つの部品で設計され得るスクレーパ層板を備えるスクレーパリングが開示されている。そのスクレーパリングにおける２つの部品の接触面は、対応する態様で面取りされるように設計されている。そのスクレーパ層板は、複数の真っ直ぐな端部分を備え、半径方向内側に突出する。可動ロッドにおける、流体が擦り取られる外面と接触するためである。
【０００６】
米国特許第２６９２１５２号は、複数のスクレーパリングを受けるグランドパッキンを示す。具体的な実施例では、４つの重ね合わせたスクレーパリングが多部品構成で提供されている。欧州特許出願公開第０３１８３４９号で示されるように、それらのスクレーパリングは、真っ直ぐな端部分を有する半径方向内側を向く層板を有する。それらを用いて所望の擦り取り効果が達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０３１８３４９号明細書
【特許文献２】米国特許第２６９２１５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、摩耗を考慮した上での改善された擦り取り機能を示すスクレーパ層板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
その目的は、本発明にしたがい、請求項１における複数の特徴の組み合わせを有するスクレーパ層板によって達成される。
【００１０】
本発明にしたがい、スクレーパ層板に関して軸方向に移動可能なロッドの外面を擦るためのスクレーパ層板が提案される。そのスクレーパ層板では、少なくとも２つのスクレーパ層板が、キャリアリングの軸方向において互いに間隔を空けて配置され、それらスクレーパ層板のそれぞれは、そのキャリアリングの中断部のそれぞれの周辺領域に層板中断部を有する。本発明によるスクレーパリングの機能は、軸方向に間隔を空けて配置される２つのスクレーパ層板を提供することによって、キャリアリングにおける中断部を有するスクレーパリングの詳細設計による特に有利的な方法で実現され得る。そのスクレーパリングに配置されるスクレーパ層板が擦り取り機能を満たし、また、摩耗の補償が確保されながらも、擦り取られる流体がその中断部を通過するのが防止されるように、層板中断部が、キャリアリングの中断部の周囲領域に配置されるためである。
【００１１】
本発明の別の望ましい実施例にしたがって、キャリアリングにおける中断部に関連付けられる層板中断部が、キャリアリングの軸方向からの突出部において重なり合わないように、それら層板中断部は構成される。これは、スクレーパリングと、関連するロッドとの間の軸方向の相対運動の場合に、流体膜が、キャリアリングにおける中断部を通過するのが防止されるように、キャリアリングの中断部と、その内周に配置される層板中断部を有するスクレーパ層板との双方の具体的な構成を設計することを可能にする。
【００１２】
本発明の別の望ましい実施例によると、スクレーパリングは、スクレーパ層板の内周面とロッドの外面との接触が維持されるように、ロッドに取り付けられた状態で、スクレーパリングに作用する付勢手段によって付勢される。このように、スクレーパ層板と、擦り対象のロッドの外面との確実な接触が確保され、また同時に、動作中のスクレーパ層板の摩耗の場合には、そのような摩耗に対する補償が、キャリアリングにおける中断部を考慮した上で、自動的にもたらされる。
【００１３】
本発明にしたがって、さらに、少なくとも２つのセグメントで構成されるスクレーパリングの内周に取り付けられるようにスクレーパ層板が提供され、そのスクレーパ層板は、周方向における層板中断部によって形成される対応する数のセグメントを有し、層板中断部を区切るスクレーパ層板の端面は、摩耗によって引き起こされるスクレーパ層板の擦り面の変化を少なくとも部分的に補うために、スクレーパ層板の半径方向に関して傾斜するよう構成される。
【００１４】
スクレーパリングの内周に取り付けられるスクレーパ層板は、動作中、摩耗にさらされる。少なくとも２つのセグメントで構成されるスクレーパリングを備えることによって、スクレーパ層板の摩耗による周方向の変化が補償され得る。前述のスクレーパリングにおいてスクレーパ層板を用いることの目的は、ロッドの外周のできるだけ多くの部分を擦ることである。基本的には、この目的のために、スクレーパ層板のセグメントの周方向における両端のところに十分に大きな空間が提供され得る。しかしながら、これにより、未使用のスクレーパ層板を動作させる際に、周方向における著しく大きな距離が提供され、その結果、スクレーパリングの機能が最適に実行され得ない結果となる。しかしながら、この距離の低減は、特に、漸進的な摩耗の場合に、さらなる問題を引き起こす。
【００１５】
層板中断部を区切る端面がスクレーパ層板の半径方向に関して傾斜しているところのスクレーパ層板によって、擦り対象の周面は、動作中、ほとんど大部分が維持され得る。
【００１６】
本発明の望ましい実施例によると、スクレーパ層板は、端面と、スクレーパ層板の内周にあり、且つ、そのセグメントの端部にある点に描画される接線との間に９０°未満の範囲内の面取り角を有するように提供される。スクレーパ層板を形成するセグメントの数が２つの場合、面取り角は０°であり、スクレーパ層板を形成するセグメントの数が大きくなるにつれて徐々に増大する。９０°未満の角度で面取り角を配置することは、動作開始の際のスクレーパ層板におけるセグメント間の過度に大きな距離、及び、漸進的な摩耗による問題が双方とも発生しないという有利点を既に示している。
【００１７】
本発明の別の望ましい実施例にしたがって、同心摩耗（concentric wear）によってもたらされる最適な理論的な面取り角から逸脱して面取り角が定められる。理論的な同心摩耗は、ロッドの外周面と接触するスクレーパ層板における全ての内周領域が均一な摩耗にさらされるという事実をもたらす。ここでは、理論的な面取り角は、幾何学的考察によってもたらされる。しかしながら、本発明によると、面取り角は、同心摩耗によってもたらされる計算可能な理論的な面取り角から逸脱して定められる。このようにして、さらに改善された機能性が、実現されるスクレーパ層板に対してもたらされるように、実際の摩耗状態が考慮される。
【００１８】
本発明の別の望ましい実施例にしたがって、面取り角は、スクレーパ層板の内周における同心摩耗の前提に基づいて算出される理論的な角度に補正係数を掛けることによって定められる。補正係数は、スクレーパ層板の内周における偏摩耗を考慮に入れる。理論的に導き出される計算可能な角度からの逸脱では、そのような補正係数によって、実際の摩耗状態に最適に適合されるスクレーパ層板が提供され得る。特に望ましくは、スクレーパ層板に備えられる面取り角は、補正後の面取り角以上であり、理論的な面取り角以下である。
【００１９】
本発明のさらに別の望ましい実施例によると、補正係数は、スクレーパ層板の周方向における、スクレーパ層板を形成するセグメントの距離を考慮して定められる。異なる適用では、異なる距離が許容され、或いは、スクレーパ層板におけるセグメント間にさえも異なる距離が必要とされ得る。著しく大きな距離の場合、これらの事実は、幾何学的理論的仕様及び偏摩耗の実際的な前提に補正係数を適合させることによって、考慮されなければならない。
【００２０】
本発明のさらに別の望ましい実施例によると、スクレーパ層板を形成するセグメントの数が２つである場合、補正係数は０であり、また、それは、スクレーパ層板を形成するセグメントの数が増加する場合に１に近づく。例えば、その層板を形成するセグメントの数が大きい場合、同心摩耗と偏摩耗との間の違いは、セグメントの数が２つの場合よりも小さいことが判明した。
【００２１】
本発明によると、前述したように、少なくとも２つのスクレーパ層板を含む前述のタイプのスクレーパリングが提案される。各スクレーパ層板における層板中断部の数及び位置は、特に周方向において、キャリアリングの中断部の数及び位置に適合される。すなわち、スクレーパリングは、各スクレーパ層板が、周方向における層板中断部によって形成される適切な数のセグメントを有するところの少なくとも２つのスクレーパ層板を含む。層板中断部を区切るスクレーパ層板の端面は、摩耗によって引き起こされるスクレーパ層板の擦り面の変化を少なくとも部分的に補うために、スクレーパ層板の半径方向に関して傾斜するように構成される。層板中断部は、スクレーパリングのキャリアリングにおける中断部の領域に、円周位置に関連して、配置される。
【００２２】
このようにして、擦り対象である関連するロッドの表面が最適化され、また同時に、キャリアリングにおけるセグメント間の中断部によってもたらされるギャップを通じて、擦り対象である流体が、相対運動中にスクレーパリングとその関連するロッドとの間を通過するのが防止されるという効果のためにスクレーパ層板の摩耗が考慮されるところのスクレーパリングがもたらされる。同時に、層板の偏摩耗を随意的に考慮に入れることによって、スクレーパリングの機能性が最適化される。少なくとも２つのスクレーパ層板の軸方向に間隔を空けられた配置により、層板中断部は、スクレーパリングの軸方向突起部における何れの点においても重なり合うことがないよう、配置され且つ調整される。
【００２３】
本発明にしたがって、さらには、内燃機関のグランドパッキン、特に、少なくとも１つのシリンダを有する２ストロークの大型ディーゼルエンジンのグランドパッキンが提供される。なお、内燃機関では、例えばピストンロッドの形をとるロッドを用いて、クロスヘッドに接続されるピストンが往復運動するように配置される。本発明に係るグランドパッキンは、一方の空間から他方の空間に、特に、エア受け入れ空間からクランクケースに、ロッドをガイドする役割を果たす。本発明によるグランドパッキンは、前述のタイプの少なくとも１つのスクレーパリングを有し、スクレーパリングは、特に、前述のタイプのスクレーパ層板を有する。
【００２４】
本発明のさらに別の望ましい実施例によると、グランドパッキンには、キャリアリングの内周に備えられたスクレーパ層板をロッドの外面に対して付勢するために、キャリアリングの外周に付勢手段が提供される。その結果、スクレーパ層板の漸進的な摩耗の場合、それらの内面は、付勢手段によって、ロッドの外面との接触が維持される。それ故に、スクレーパリングによって、グランドパッキンの正確な機能がもたらされ、また同時に、スクレーパ層板における同心摩耗を考慮して、変化した幾何学的状態の自動的な補償が行われる。
【００２５】
本発明にしたがって、さらに別の内燃機関、特に、前述のタイプのグランドパッキンが２つの空間の間に、特に、エア受け入れ空間とクランクケースとの間に提供される、ピストンロッドの形をとるロッドを有する２ストロークの大型ディーゼルエンジンが提供される。
【００２６】
全体的には、本発明は、メンテナンス作業の必要性が最小限に抑制され得るようにしながら、耐用年限に関する特定の要件に従う内燃機関に適用された場合に、その効果を明らかにする。
【００２７】
しかしながら、本発明は、内燃機関での使用に限定されるものではない。スクレーパリング及びスクレーパ層板の双方が、スクレーパリング又はスクレーパ層板に関して軸方向に移動可能なロッドの外面の擦り取りが必要となる技術的応用毎に、具体的には、２つの空間を互いから分離し、且つ、ロッドに付着する流体、特に潤滑油が一方の空間から他方の空間に入るのを防止するために使用され得る。ここでの例は、液圧式線形駆動装置、ピストンコンプレッサ、ポンプ、及び他のアクチュエータであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施例にしたがった２つのスクレーパ層板を有するスクレーパリングの三次元図を示す。
【図２】第１実施例の変形例にしたがった２つのスクレーパ層板を有するスクレーパリングの三次元図を示す。
【図３ａ】スクレーパリングに組み込まれる第２実施例にしたがったスクレーパ層板を示す。
【図３ｂ】キャリアリングの中断部の領域における、図３ａの切り出しを示す。
【図４】特定の例における、本発明にしたがったスクレーパ層板での幾何学的条件の図を示す。
【図５】偏摩耗したスクレーパ層板での幾何学的条件の図を示す。
【図６】本発明にしたがったグランドパッキンを含む、クロスヘッドの領域における内燃機関の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施例を上述の図面を参照しながら以下で説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１を参照して本発明の第１実施例を説明する。図１は、スクレーパリング１を三次元図で示す。スクレーパリング１は、本実施例では３つのセグメント２ａ、２ｂ、２ｃで構成されるキャリアリング２を含む。キャリアリング２における隣り合う２つのセグメントは、参照符号Ａを用いて図１に示すように、中断部によって互いに分離される。複数のセグメントで構成されるキャリアリング２は、円形断面を有する。複数の中断部Ａは、キャリアリング２における個別のセグメントの間にギャップを形成する。
【００３１】
図１及び後続の図では、スクレーパリングの軸方向を矢印Ｘで示す。さらに、それらの図では、スクレーパリングの周方向を対応する矢印Ｕで示す。特に、その軸方向は、キャリアリング２の対称軸に平行に伸びる。その周方向は、その円形のスクレーパリングの周囲に沿って伸びる。
【００３２】
図１では、説明の明確化のため、スクレーパリングを分離された態様で示す。すなわち、関連するロッドに搭載された状態ではない態様で示す。
【００３３】
内周において、特に、スクレーパリング１の内面において、より正確に言うと、キャリアリング２を形成する複数のセグメントの内面において、本実施例では、軸方向に間隔を空けて配置されるスクレーパ層板３ａ及び３ｂが提供される。スクレーパ層板３ａ、３ｂは、複数のセグメントで形成される。スクレーパ層板を形成するセグメントの数は、キャリアリング２を形成するセグメントの数に等しい。スクレーパ層板３ａ、３ｂにおけるそれらセグメントは、層板中断部Ｂ及びＣによって、互いに分離される。層板中断部Ｂ、Ｃは、キャリアリング２の周方向に関し、キャリアリング２における中断部Ａに対応する位置に設けられる。
【００３４】
スクレーパ層板３ａ、３ｂは、本実施例では、キャリアリングの内周面に形成される溝に挿入される。スクレーパ層板３ａ、３ｂは、スクレーパリングの動作中に周方向に移動できない態様で、溝に挿入される。
【００３５】
代案として、スクレーパ層板３ａ、３ｂは、例えば溶接によって或いは別の方法によって、キャリアリング２の内周面に直接的に付けられてもよい。さらに、キャリアリング２の内周で切断される方式でスクレーパ層板３ａ、３ｂを設計することが可能である。
【００３６】
図１は、３つの中断部Ａを有するキャリアリング２を示す。キャリアリング２におけるそれら中断部Ａは、キャリアリング２を形成するセグメント２ａ、２ｂ、２ｃが軸方向からの突出部において重なり合うよう、斜めになるように形成される。スクレーパ層板３ａ、３ｂは、図１から推測されるように、層板中断部Ｂ、Ｃにおけるスクレーパ層板３ａ、３ｂのセグメントの端部が、キャリアリング２の中断部Ａ内に僅かに突出するように設計される。
【００３７】
スクレーパ層板３ａ、３ｂのそれぞれの間にある層板中断部Ｂ、Ｃは、キャリアリング２の中断部Ａの設計を考慮して、キャリアリング２の中断部Ａに関連付けられる層板中断部Ｂ、Ｃのそれぞれがキャリアリング２の軸方向からの突出部において重なり合わないように、配置される。
【００３８】
図１に示すスクレーパリング１は、キャリアリング２の外周にそれぞれ備えられる付勢手段又はスプリング４によって半径方向内側に付勢されている。組み立てられた状態では、キャリアリング２のセグメント２ａ、２ｂ、２ｃは、提供されるスクレーパ層板３ａ、３ｂによって、関連するロッドの外周に隣接し、また、所定の力によってスクレーパ層板３ａ、３ｂがロッドの外周に押し付けられるように、付勢力がスプリング４によってそれらセグメントにかけられている。取り付けられた状態では、キャリアリング２の内周に備えられる層板３ａ、３ｂが、関連するロッドの外周上を滑らかに動くように、相対軸方向運動が、スクレーパリング１とその関連するロッドとの間で許容される。ロッドがスクレーパリング１に関して動かされる間、スクレーパリング１が動かないようにされてもよく、一方で、ロッドが動かないようにされ、且つ、スクレーパリング１がロッドに関して軸方向に移動可能とされてもよい。上述の状況の双方の組み合わせは、スクレーパリング１とその関連するロッドとの間の相対運動が許容される限り、同様に起こり得る。
【００３９】
キャリアリング２における複数のセグメントが内側に付勢され得るという機能が満たされる限り、スプリング４とは異なる付勢手段が提供されてもよい。
【００４０】
図示されたスクレーパリング１は、２つの空間の分離をもたらすために用いられ、一方で、関連するロッドは、上述の方法で、スクレーパリング１内で、スクレーパリング１に関して移動可能に配置される。スクレーパリング１又はロッドが動かないか否かは重要でない。確保されなければならないのは、単に、スクレーパリング１とロッドとの間の相対移動性であるためである。それらの空間は、閉じられた空間である必要はなく、周囲と連通していてもよい。
【００４１】
特に、スクレーパリング１は、スクレーパリング１とロッドとの間の相対軸方向運動によって、それら空間のうちの何れか一方におけるロッドの外面に適用される、ロッドに付着する流体を擦るため、また、ロッドのところに提供される流体膜が他方の空間内に入るのを防止するために用いられる。これらの応用は、液圧アクチュエータ、液圧アプリケーション、コンプレッサを含み、また、特に、ピストンロッドとしてのロッドが、クランクケースのような一方の空間内で潤滑油膜を備え、一方で、内燃機関におけるエア受け入れ空間のような他方の空間にその潤滑油が入るのが防止されるところの内燃機関での応用を含む。
【００４２】
本発明にしたがって、スクレーパリング１は、以下の効果を有する厳密に設定された中断部Ａを備える。
【００４３】
スクレーパリング１の動作中、摩耗は、スクレーパ層板３ａ、３ｂとロッドの外面との間の接触によるスクレーパリング１とその関連するロッドとの間の相対運動によって生じる。この摩耗は、層板３ａ、３ｂからの材料の摩滅を引き起こし、その結果、スクレーパ層板３ａ、３ｂの幾何学的寸法は、動作中に変化する。スクレーパ層板３ａ、３ｂの摩耗は、キャリアリング２の外周に提供される付勢手段４により、付勢手段４による半径方向内側に作用する力によるいくらかの摩耗の後であっても、関連するロッドの外面にスクレーパ層板３ａ、３ｂを接触させ続けることによって補われる。そのため、キャリアリング２を構成するセグメント２ａ、２ｂ、２ｃの間の中断部、及び、スクレーパ層板３ａ、３ｂを構成するセグメントの間の中断部を形成する層板中断部Ｂ、Ｃは、スクレーパ層板３ａ、３ｂの摩耗の際に、半径方向内側に向けられた運動を許容する役割を果たす。そのような運動の場合、キャリアリング２の外周が全体的に減少するためである。キャリアリング２の外周の減少は、キャリアリング２のセグメント２ａ、２ｂ、２ｃの間の中断部Ａが閉じられるまで進行し得る。
【００４４】
キャリアリング２を形成するセグメント２ａ、２ｂ、２ｃが軸方向突出部において重なり合うようにする、中断部Ａの具体的な構造、すなわち、斜め形状によって、２つの層板３ａ、３ｂとの相互作用により、関連するロッドに付着する流体膜が中断部Ａを通過するのが防止される。このようにして、基本的には、関連するロッドに付着する流体膜が一方の空間から他方の空間に入るのを防止することであるスクレーパリング１の機能が一緒に改善される。なお、それらの空間は、スクレーパリング１によって分離されている。
【００４５】
キャリアリング２の中断部Ａの位置に対応する位置に配置される層板中断部Ｂ、Ｃを含む２つのスクレーパ層板３ａ、３ｂの具体的な配置は、主として、この機能をサポートする。
【００４６】
以下では、図２を参照して、第１実施例の変形例について説明する。
【００４７】
図２のスクレーパリング１ａの構造は、要部において、図１のスクレーパリング１の構造と同様である。しかしながら、キャリアリング２の中断部Ａが修正設計されている。
【００４８】
図２で見られるように、キャリアリング２の中断部Ａは、キャリアリング２を形成するセグメント２ａ、２ｂ、２ｃの間でギャップが周方向に提供されるように、段付きとなっている。一方で、それらセグメントの端部は、その周方向で段付きとなっている。具体的には、キャリアリング２の中断部Ａのそれぞれにおいて、キャリアリング２の軸方向からの突出部で、隣接するセグメントが重なり合うように、中断部Ａのところで、各セグメントは２段階にカットされている。図２から推測されるように、スクレーパ層板３ａ、３ｂのそれぞれが、中断部Ａにおける段部の１つと関連付けられるように、２つのスクレーパ層板３ａ、３ｂは、軸方向に間隔を空けるように配置される。より正確に言うと、スクレーパ層板３ａ、３ｂのセグメントは、キャリアリング２における中断部Ａの段付き構成のため、異なる周方向延長部を伴って延びる。この変形例でも、スクレーパ層板３ａ、３ｂを形成するセグメントの端部は、キャリアリング２の中断部Ａ内に僅かに突出する。
【００４９】
図２の配置によって、図１の配置によって達成されるのと実質的に同じ効果が達成される。
【００５０】
図２では、キャリアリング２の隣接するセグメントが軸方向においても互いに間隔を空けて配置されるように、中断部Ａにおけるセグメントの段付き端部が示されている。そのような間隔は、層板３ａ、３ｂの摩耗による直径の簡単な補償を維持するように構成される。
【００５１】
しかしながら、別の変形例では、隣接するセグメントの段付き端部は、中断部Ａのところで軸方向に接触していてもよい。中断部Ａのところで周方向の距離が変化する際に、接触する面同士が滑らかに動くようにするためである。そのような配置は、スクレーパリング全体の改善された位置あわせ安定性をもたらすように構成される。
【実施例２】
【００５２】
図３ａ、図３ｂ、及び図４に基づいて、本発明の第２実施例を説明する。第２実施例は、スクレーパ層板３ｃに関する。第２実施例のスクレーパ層板３ｃは、少なくとも２つのセグメントで構成されるスクレーパリング１ｂに取り付けられるのに適している。さらに、第２実施例のスクレーパ層板３ｃは、第１実施例で説明したスクレーパリング１、１ａに取り付けられるのにも適している。
【００５３】
第２実施例の説明のため、図示するスクレーパ層板３ｃの、４つのセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで構成されるスクレーパリング１ｂへの適用を説明する。図３ａは、４つのセグメントで構成されるスクレーパリング１ｂに取り付けられるスクレーパ層板３ｃを示す。第２実施例のスクレーパリング１ｂの機能は、第１実施例におけるスクレーパリング１、１ａの機能と実質的に同じである。
【００５４】
図３ａは、中断部Ａによって４つのセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに分割されるキャリアリング２を有するスクレーパリング１ｂを示す。それらセグメントには、キャリアリング２におけるそれらセグメントの設計に合わせて設計される少なくとも１つのスクレーパ層板３ｃが提供される。具体的には、スクレーパ層板３ｃは、スクレーパリング１ｂのために提供されるキャリアリングにおけるセグメントの数と同じ数の、層板中断部Ｂによって分割されるセグメントを備える。図３ａでは、それらセグメントの数はそれぞれ４つである。ここでもまた、スプリングとして例示され得る付勢手段４が、キャリアリング２の外周に備えられている。
【００５５】
図３ａからの切り出しである図３ｂは、キャリアリングの中断部Ａの領域を示す。ここでは、互いに向き合う或いは層板中断部Ｂの領域において隣接するスクレーパ層板３ｃにおけるセグメントの端面の面取部がより明確に示されている。
【００５６】
図４の例は、周方向Ｕにおけるα＝９０°の拡がりを有する本発明によるスクレーパ層板３ｃを示す。
【００５７】
第２実施例は、スクレーパ層板３ｃを形成する複数のセグメントの端部の具体的な構成に関する。図４の例ではスクレーパ層板３ｃにおける１つのセグメントが示されているのみであるが、図３ａに示す４つのセグメントで構成されるスクレーパリング１ｂに取り付けられるのに適したスクレーパ層板３ｃが、図４に示すタイプの４つのセグメントで構成されることは明らかである。
【００５８】
図４は、以下で説明する本発明にしたがったスクレーパ層板３ｃの角度関係を示す。図４に示すスクレーパ層板３ｃにおけるセグメントの端部は、半径方向から逸脱するようにカットされる。具体的には、図４に示すセグメントの端部は、そのセグメントの内周のところで且つそのセグメントの端点のところに適用される接線Ｔと断面積Ｓとの間に形成される角度ηでカットされる。ここでは、角度αが９０°の場合にそのセグメントの外面の拡がりの角度βがαより小さいこととなる。以下では、本発明によるスクレーパ層板３ｃを維持するために角度ηを決定するための基本概念を説明する。
【００５９】
図４に示すセグメントを４つ備えることで構成されるスクレーパ層板３ｃを用いる場合、動作開始の際に、そのセグメントにおける円弧長ｂを有する内周は、関連するロッドの外面と接触する。その円弧は、半径ｒを有する。摩耗が進行する際、スクレーパ層板３ｃの各セグメントの内面から材料が摩滅する。それ故に、その内面は、円弧長Ｂを有するように構成されるそのセグメントの外面の方向に移動する。それらセグメントの端面Ｓが半径方向にカットされている場合、これらの用途では今まで一般的であったように、スクレーパ層板３ｃにおけるセグメントの内周の摩耗の場合、スクレーパ層板３ｃとその関連するロッドの外面との間の接触面積の変化が結果として生じる。具体的には、摩耗の際、セグメント毎の接触面積における周方向の拡がり及び円弧長のそれぞれは増大する。その結果、今までのところ、この変化は、スクレーパ層板におけるセグメント間の十分なギャップによって考慮されなければならなかった。
【００６０】
しかしながら、そのようなギャップは、潤滑油等のロッドに付着する流体が、軸方向の相対運動によって、スクレーパ層板３ｃとその関連するロッドとの間を通過する事態を引き起こす。本発明による、スクレーパ層板３ｃにおけるセグメントが傾斜端を有する構成は、スクレーパ層板３ｃを形成するセグメント間の間隔を最小限にするよう構成される。さらに、その隙間の寸法の大きな変化は、本発明による構成によって防止され得る。
【００６１】
以下では、角度εの定義を詳細に説明する。
【００６２】
図４は、図４に示す幾何学的設計に基づいて、内周における円弧長ｂの値が外周における円弧長Ｂの値と等しくなるように、両側において角度αから差し引かれる必要がある角度γを示す。セグメントの外周の拡がりにおける円弧長とセグメントの内周の拡がりにおける円弧長とは、
ｂ＝π×２ｒ×α／３６０°・・・（１）
Ｂ＝π×２ｒ×β／３６０°・・・（２）
で導き出される。
【００６３】
スクレーパ層板３ｃの隣接するセグメントの端部が互いに隣接すると仮定すると、４つの層板セグメントの場合、αに対しては値９０°が導き出される。半径ｒ＝１３２ｍｍ、半径Ｒ＝１４２ｍｍという例示的な前提の場合、
β＝１３２×９０°／１４２＝８３．６６°・・・（３）
が導き出される。
【００６４】
角度関係は、以下のように表される。
α−２γ＝β・・・（４）
その結果、図４に書き入れられる角度εは、
ε＝ａｒｃｔａｎ（Δｂ／（Ｒ−ｒ））＝
ａｒｃｔａｎ［（π×２Ｒ×γ）／（３６０°（Ｒ−ｒ））］・・・（５）
として導き出される。
【００６５】
角度γに関しては、ｂ及びＢが同じ値でなければならないという数値例を考慮して、値３．１７°が導き出される。その結果、本実施例では、（５）式より、角度εに関して、値３８．１７°が導き出される。
【００６６】
η＝９０°−ε・・・（６）
という前提に基づいて、４つのセグメントを有するスクレーパ層板３ｃに関して値５１．９°が導き出される。なお、スクレーパ層板３ｃでは、動作開始の際にセグメントの端部が互いに隣接し、且つ、摩耗した場合に内周のところで円弧長Ｂ及びｂの値が等しくなるように維持され、その角度は、スクレーパ層板３ｃでの理想的な同心摩耗の前提で算出されるため、ηkonzと称される。
【００６７】
本実施例では、セグメントの内周で且つその端部に適用される接線Ｔと傾斜端面Ｓとの間で測定される角度η＝ηkonz＝５１．９°が導き出される。角度η＝５１．９°でセグメントの端部が面取りされるよう構成される４つのセグメントを有するスクレーパ層板が挿入されるスクレーパリングは、動作中、特に、スクレーパ層板３ｃのセグメントの内周面の摩耗の際に、スクレーパ層板の内周面の周方向の拡がりを一定に維持するという結果をもたらす。このようにして、セグメント間の過度に大きなギャップが回避され、それによって、区切られるべき２つの空間の間の、擦り取るべき流体の通過が最小限に抑制され得る。
【００６８】
本実施例は、スクレーパ層板３ｃが４つのセグメントで構成され、特定の内径及び外径を前提とする一例として説明された。この例は、単に、セグメントの端部が面取り設計を有するスクレーパ層板３ｃの機能を説明するのに役立つものにすぎない。特に、ｒ及びＲの値は、本発明を理解する上で重要ではなく、説明を完全なものとするのに役立つにすぎない。
【００６９】
以下では、特に本発明の効果をさらに改善する、本発明の有利的な別の改良点を表す第２実施例の変形例について説明する。
【００７０】
実施例に示すスクレーパ層板３ｃは、４つのセグメントを有する。しかしながら、スクレーパ層板３ｃは、２つのセグメント、３つのセグメント、又は５つ以上のセグメントを有するように設計されてもよい。さらに、それらセグメントで構成されるスクレーパ層板の内径及び外径は、その用途に適合され得る。
【００７１】
本発明の基本概念によると、スクレーパ層板３ｃは、周方向における層板中断部によって形成される多くのセグメントで構成され、層板中断部を区切るスクレーパ層板３ｃにおけるそれらセグメントの端面Ｓは、摩耗によって引き起こされるスクレーパ層板３ｃの擦り面の変化を少なくとも部分的に補うために、スクレーパ層板３ｃの半径方向に関して傾斜するように構成される。
【００７２】
本発明の基本概念によると、スクレーパ層板３ｃのセグメントの端面Ｓと、スクレーパ層板３ｃの内周に位置し、且つ、セグメントの端部に位置する点に適用される接線Ｔとの間にある角度ηは、η＝ηkonzに関する前述の考慮により定められる。
【００７３】
この計算は、３つ以下或いは５つ以上のセグメント、例えば２０個のセグメント、さらには２０個より多いセグメントで構成されるスクレーパ層板に関しても同様に利用可能である。
【００７４】
図５を参照して第２実施例の特に有利的な変形例について説明する。図５は、どのような幾何学的関係がスクレーパ層板３ｃの偏摩耗をもたらすかを概略的に示す。この主旨のため、図５には、スクレーパ層板の中心を根幹とする最大偏摩滅が書き込まれている。
【００７５】
角度ηkonzの定義は、上述から分かるように、同心摩耗に基づく。しかしながら、実際には、理論的に想定された同心摩耗とは違い、スクレーパ層板３ｃの内周では、偏摩耗が生じる。
【００７６】
以下では、上述の偏摩耗の事実を考慮に入れた図５と、図３ａ、図３ｂ、及び図４とを参照して、第２実施例の特に有利的な変形例について説明する。
【００７７】
図３ａ、図３ｂ、及び図４に示す例によって、スクレーパ層板３ｃにおけるセグメントの同心で均一な摩耗を考慮に入れるために、角度η＝ηkonz＝５１．９°が、４つのセグメントで構成されるスクレーパ層板３ｃに関して最適であることを説明した。このようにして、それらセグメントの内周面の周方向の拡がり及び円弧長ｂ、Ｂは、想定される同心摩耗によって一定に維持される。
【００７８】
第２実施例のさらなる改良点は、偏摩耗の場合には図５に示すようにスクレーパ層板３ｃの内周における曲率が外周における曲率と一致しないため、実際に考慮される偏摩耗が、スクレーパ層板３ｃの機能を最適化するための根拠として別の角度を採用しなければならないという前提に基づく。実際には、結果としての幾何学的形状は、同心摩耗から導き出されるものと、図５に示す最大偏摩滅から導き出されるものとの間のものとなり得る。この文脈において、発明者らは、偏摩耗を考慮に入れる場合に、スクレーパ層板３ｃで形成される角度ηが補正されなければならないことを見出した。４つのセグメントで構成されるスクレーパ層板の例では、角度η＝ηkonz＝５１．９°が導き出されたが、発明者らは、スクレーパ層板の偏摩耗のために、η＝４５°で最良の機能が提供され得ることを確認した。これより、同心摩耗から導き出される理論的に計算可能な角度ηkonzがスクレーパ層板の機能を改善するために補正され得ることが理解され得る。この考慮に基づき、第２実施例のこの展開にしたがって、補正係数ｋがもたらされ、それにより、スクレーパ層板の最大可能偏摩耗を考慮に入れる補正後の角度ηexが得られるように、角度ηkonzが掛け算されなければならない。
【００７９】
４つのセグメントを有するスクレーパ層板の場合の補正係数ｋは０．８６８であり、この文脈では、スクレーパ層板３ｃの極端な偏摩耗が、基礎として採用される。スクレーパ層板の最適化に関するさらなる考慮は、補正係数ｋが常に１未満であるという事実をもたらした。以下の表１は、セグメントの数に対応する補正係数ｋに関して分かったことの結果を示す。セグメントの数、それから導き出される角度α及びβは、スクレーパ層板における同心摩耗から導き出されるηkonzの値と比較される。さらに、補正係数ｋ及びその結果としての補正後の値ηexを提示する。
【００８０】
【表１】
2013064504.tif 000003
スクレーパ層板３ｃを構成するセグメントの数が多い場合、補正係数ｋが値１に近いことが表から見て取れる。さらに、セグメントの数が２の場合、補正係数ｋが０であり、そのため、補正後の角度ηexが０°であることが分かる。本発明によると、偏摩耗のために、端面Ｓがスクレーパ層板３ｃの内周に関して接線方向に延びるように、補正後の角度ηexとして０°が導き出される。
【００８１】
その結果、
ηex＝ηkonz・ｋ・・・（７）
が導き出される。
【００８２】
設定された補正係数ｋが最大偏摩耗の限度を表し、また、実際には、上述の表で与えられるｋの値と１との間の値が、本発明による有利な効果を達成するために選択され得る。これにより、偏摩耗に関するスクレーパ層板の機能が最適化される値の幅が導き出される。言い換えれば、本発明によると、以下の式が適用可能なスクレーパ層板が有利的である。
ηex≦η≦ηkonz・・・（８）
【実施例３】
【００８３】
本発明の第３実施例を以下で説明する。本発明の第３実施例によると、第１実施例で説明されるような少なくとも２つのスクレーパ層板を有するスクレーパリングが提供される。スクレーパリングは、少なくとも２つのセグメントを有するキャリアリング２で構成される。キャリアリングの内周には、同様に複数のセグメントで構成される、軸方向に間隔を空けられた２つのスクレーパ層板３ｄ、３ｅが備えられる。第３実施例のキャリアリング２、及び、特に、キャリアリング２を構成するそれらセグメントの間にある中断部Ａは、第１実施例に一致するように形成される。さらに、第３実施例によると、スクレーパ層板３ｄ、３ｅは、スクレーパ層板３ｃを参照して第２実施例で説明されたように構成される。
【００８４】
これにより、キャリアリング２の各中断部Ａのところで、隣接するセグメントが、キャリアリング２の軸方向からの突出部において重なり合うといった、特に有利的なスクレーパリングがもたらされる。第１実施例で示す変形例もまた、第３実施例のスクレーパリングに適用され得る。この構成に加え、第３実施例のスクレーパリングでは、複数のセグメントで構成される２つのスクレーパ層板３ｄ、３ｅが備えられ、それらのそれぞれが、そのキャリアリングと同じ数のセグメントを有する。スクレーパ層板３ｄ、３ｅにおけるセグメントは、周方向における層板中断部によって形成され、それら層板中断部を区切るスクレーパ層板の端面は、摩耗によって引き起こされるスクレーパ層板の擦り面の変化を少なくとも部分的に補うために、スクレーパ層板の半径方向に関して傾斜するように構成される。
【００８５】
第２実施例に示すスクレーパ層板３ｃの、第２実施例に示す変形例もまた、第３実施例で提供される２つのスクレーパ層板３ｄ、３ｅに適用され得る。
【００８６】
全体的には、キャリアリング２におけるセグメント間の中断部の設計によるばかりでなく、スクレーパ層板３ｄ、３ｅにおけるセグメントの端部の詳細設計によっても、関連するロッドとスクレーパリングとの間の相対運動の際にその関連するロッドに付着する流体を擦り取る機能が大幅に改善され、また、その関連するロッドとスクレーパリングとの間の相対運動によって、一方の空間から他方の空間に流体が導入されるのが防止されるところのスクレーパリングがもたらされる。なお、それらの空間は、スクレーパリングによって分離される必要がある。
【実施例４】
【００８７】
第１実施例及び第３実施例に記載されたスクレーパリング、並びに、第２実施例に記載されたスクレーパ層板は、例えば、内燃機関に搭載されるグランドパッキンで使用され得る。
【００８８】
図６は、本発明にしたがったグランドパッキン１０を含むクロスヘッドの領域における、内燃機関の断面図を示す。図６は、クランクケース３０及びエア受け入れ空間４０を示す。クランクケース３０とエア受け入れ空間４０とを分離するために、グランド１０がパーティション内に備えられる。グランド１０は、内燃機関のピストンロッド２０の周りに同軸に配置される。ピストンロッド２０は、例えばクロスヘッド装置を通じて、内燃機関のクランクシャフトに接続される。ピストンロッド２０は、内燃機関の動作中、グランド１０に関して軸方向に移動する。
【００８９】
グランドパッキン１０では、クランクケース３０の領域においてピストンロッド２０に適用される、ピストンロッド２０に付着する潤滑油を擦り取るために、また、それをクランクケース３０に戻すために、複数の、例えば４つのスクレーパリング１が軸方向に連続的に配置される。これは、エア受け入れ空間４０の領域におけるピストンロッド２０のところで、ピストンロッド２０に付着する潤滑油の量が最小限に抑制され、また同時に、エア受け入れ空間４０からクランクケース３０への通過領域における汚染が最小限に抑制され得ることを伴う。
【００９０】
グランド１０に挿入されるスクレーパリングは、第１実施例にしたがって設計され得る。スクレーパリング１、１ａのキャリアリング２を形成するセグメント間にある中断部Ａの領域における面取部の詳細な構成により、ピストンロッドに付着する潤滑油の通過が、軸方向に間隔を空けて配置される２つのスクレーパ層板３ａ、３ｂを用いて、最小限に抑制され得るようにするためである。
【００９１】
この機能は、第２実施例ではスクレーパ層板３ｄ、３ｅとして記載され且つ称される、２つのスクレーパ層板３ｃを利用するキャリアリング２を備えるスクレーパリングによってさらに改善され得る。
【００９２】
最適化された解決策では、第４実施例のグランド１０は、キャリアリング２のセグメント間の中断部の最適設計、及び、スクレーパ層板３ｄ、３ｅにおける複数のセグメントの端部の設計の双方が採用される第３実施例で定められるようなスクレーパリングを含む。
【００９３】
本発明は、前述の実施例に限定されることはない。具体的には、本発明の、内燃機関のためのグランドパッキンへの適用は単なる一例であり、本発明は、その効果を、スクレーパリングによって２つの空間が分離されなければならない全ての用途に広げる。それらの用途では、そのスクレーパリングに関連付けられるロッドは、その関連するロッドとそのスクレーパリングとの間の相対運動の際に、そのスクレーパリングによって擦られる。
【００９４】
実施例に記載されたグランドパッキンのためのスクレーパ層板の数、セグメントの数、又は、スクレーパリングの数は、単なる例示であり、用途に応じて変更され得る。
【符号の説明】
【００９５】
１、１ａ、１ｂ・・・スクレーパリング  ２・・・キャリアリング  ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・  セグメント  ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ・・・スクレーパ層板  ４・・・付勢手段  １０・・・グランド  ２０・・・ピストンロッド  ３０・・・クランクケース  ４０・・・エア受け入れ空間
【図１】
2013064504.tif 000004
【図２】
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【図３ａ】
2013064504.tif 000006
【図３ｂ】
2013064504.tif 000007
【図４】
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【図５】
2013064504.tif 000009
【図６】
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